เอกสารประกอบบการสอน รายวชาเคมส าหรบวศวกร รหสวชา 02-411-103 เรยบเรยงโดย ผชวยศาสตราจารย ดร.วรวทย จนทรสวรรณ คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร อเมล woravith.c@rmutp.ac.th

หนวยเรยนท 4 พนธะเคม

(Chemical bonds)

จดประสงค บทเรยนท 4.1 แรงยดเหนยวภายในโมเลกล

4.1.1 อธบายพนธะไอออนก 4.1.2 อธบายพนธะโคเวเลนซ 4.1.3 อธบายพนธะโลหะ

บทเรยนท 4.2 แรงยดเหนยวระหวางโมเลกล 4.2.1 อธบายแรงแวนเดอรวาลส 4.2.2 อธบายพนธะไฮโดรเจน

พนธะเคม (chemical bond) คอแรงยดเหนยวทเกดขนระหวางอะตอมสองอะตอมในโมเลกล

หรอเปนแรงทเกดขนระหวางอะตอมของสองโมเลกล

เวเลนซอเลกตรอน เวเลนซอเลกตรอน คออเลกตรอนทบรรจอยในระดบพลงงานสดทายของอะตอมทกตว เนองจาก

เวเลนซอเลกตรอนอยหางนวเคลยสมากทสด จงสามารถเกดการเปลยนแปลงไดงายกวาอเลกตรอนทอยใกลนวเคลยสมากกวา โดยจ านวนเวเลนซอเลกตรอนของธาตเรพรเซนเททฟ (ธาตหม A) จะมจ านวนเทากบเลขหมของธาตนน แตจะอยในระดบพลงงานใดขนกบการบรรจอเลกตรอน (ระดบพลงงานตรงกบคาบของธาตตามตารางธาต) ดงตารางท 4.1 ตารางท 4.1 ระดบพลงงานสดทายและจ านวนเวเลนซอเลกตรอนของธาตหม A หม สญลกษณ

ธาต การจดเรยงอเลกตรอน ระดบ

พลงงานสดทาย

ออรบทลในระดบพลงงานสดทาย

จ านวนเวเลนซอเลกตรอน

1A 11Na 1s2 2s2 2p6 3s1 3 s 1 2A 12Mg 1s2 2s2 2p6 3s2 3 s 2 3A 5B 1s2 2s2 2p1 2 s และ p 3 4A 6C 1s2 2s2 2p2 2 s และ p 4 5A 7N 1s2 2s2 2p3 2 s และ p 5 6A 8O 1s2 2s2 2p4 2 s และ p 6 7A 17Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 3 s และ p 7 8A 10Ne 1s2 2s2 2p6 2 s และ p 8

94 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

สญลกษณแบบจดของลวอส ลวอส (Gilbert Newton Lewis, ค.ศ.1875-1946) นกเคมชาวอเมรกนอธบายการรวมกนของ

อะตอมเพอเกดเปนโมเลกลหรอสารประกอบวา “อะตอมของธาตท าปฏกรยากนเพอใหโครงแบบอเลกตรอนในระดบพลงงานสดทายมความเสถยรกวาเดม” อะตอมจะมเสถยรภาพสงสดเมอมโครงแบบอเลกตรอนเหมอนกบแกสมสกล โดยมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 8 อเลกตรอน ดงนนเพอใหเขาใจรปแบบการเกดพนธะเคมจงนยมเขยนเฉพาะเวเลนซอเลกตรอนของอะตอมเทานน โดยการใชสญลกษณจด () แทนจ านวนเวเลนซอเลกตรอน 1 อเลกตรอน และเรยกสญลกษณดงกลาววา สญลกษณแบบจดของลวอส (lewis dot symbol) ดงภาพท 4.1

ภาพท 4.1 โครงสรางอเลกตรอนแบบจดของลวอสของธาตเรพรเซนเททฟ

ทมา: Chang and Goldsby. Chemistry. 2013. p371 กฎออกเตต

ในป ค.ศ.1916 กอสเซล (Albrecht Kossel) และลวอส (Gilbert Newton Lewis) เสนอกฎทเรยกวา กฎออกเตต (octet rule) กลาวคอ การเกดพนธะเคมระหวางอะตอมจะเกยวของกบเวเลนซอเลกตรอน โดยมแนวโนมทระดบพลงงานสดทายพยายามเปลยนแปลงใหมจ านวนเวเลนซอเลกตรอนครบ 8 ตวเชนเดยวกบระดบพลงงานสดทายของแกสมสกล

พจารณาอะตอม Na และ Cl กอนทจะเกดพนธะจะมโครงแบบอเลกตรอน ดงภาพท 4.2(ก) เมออะตอม Na สญเสยเวเลนซอ เลกตรอนทอย ในออรบทล -3s (ระดบพลงงานสดทาย) จ านวน 1 อเลกตรอนใหแกอะตอม Cl อะตอม Na จงกลายเปน Na+ ซงจะมเวเลนซอเลกตรอนทในระดบพลงงานสดทาย คอในออรบทล-2s และออรบทล-2p รวมเปน 8 อเลกตรอน ดงภาพท 4.2(ข) สวนอะตอม Cl เมอรบอเลกตรอนเขามา 1 อเลกตรอนจะกลายเปน Cl- ซงมเวเลนซอเลกตรอนทอยในออรบทล-3s และออรบทล-3p รวมเทากบ 8 อเลกตรอนตามกฎออกเตต

Na Na+ 1s 2s 2p 3s 1s 2s 2p 3s Cl Cl- 1s 2s 2p 3s 3p 1s 2s 2p 3s 3p

(ก) (ข) ภาพท 4.2 โครงแบบอเลกตรอนตามกฎออกเตตของ (ก) Na และ Cl กอนเกดพนธะ และ

(ข) สารประกอบ NaCl

โดยสวนใหญจ านวนเวเลนซอเลกตรอนของอะตอมเมอเกดพนธะจะครบ 8 ตามกฎออกเตต เชนโมเลกลมเทน (CH4) จ านวนเวเลนซอเลกตรอนของ C จะครบ 8 (มาจากของ C 4 อเลกตรอน และ H

พนธะเคม | 95

4 อะตอมๆ ละ 1 อเลกตรอน) ดงภาพท 4.3 สวนจ านวนเวเลนซอเลกตรอนของ H จะครบ 2 ซงเปนขอยกเวนของกฎออกเตต

ภาพท 4.3 ลกษณะการเกดพนธะระหวางอะตอม C กบ H ตามกฎออกเตต

ขอยกเวนกฎออกเตต

สารบางชนดมจ านวนเวเลนซอเลกตรอนไมเปนไปตามกฎออกเตต ซงอาจมเวเลนซอเลกตรอนนอยกวา 8 หรอมากกวา 8 แตยงอยในสภาวะทเสถยรได

1) โมเลกลทไมครบกฎออกเตต ไดแกสารประกอบของธาตในคาบท 2 ของตารางธาตทมเวเลนซอเลกตรอนนอยกวา 4 เชน Be และ B

ธาต Be และ B เมอเกดเปนสารประกอบโคเวเลนซ จ านวนเวเลนซอเลกตรอนจะไมครบ 8 ตามกฎออกเตต (นอยกวา 8) ตวอยางเชน BF3 และ BeCl2 (ภาพท 4.4)

ใน BF3 ธาต B จะมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 6 ซงไมครบ 8 ในขณะท F ครบ 8 ใน BeCl2 ธาต Be มเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 4 ซงไมครบ 8 ในขณะท Cl ครบ 8 ครบออกเตต

ไมครบออกเตต ภาพท 4.4 โมเลกลทอะตอมกลางไมครบกฎออกเตต

2) โมเลกลทเกนกฎออกเตต (เกน 8) ธาตคาบท 3 เปนตนไป อาจเกดพนธะแลวท าใหอเลกตรอน

เกน 8 เชน P, S และโลหะแทรนซชน โมเลกล PCl5 อะตอม P เกดพนธะกบ Cl รวม 5 พนธะจงมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 10 และ

โมเลกล SF6 อะตอม S เกดพนธะกบ F รวม 6 พนธะจงมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 12 (ภาพท 4.5) ครบออกเตต

เกนออกเตต

ภาพท 4.5 โมเลกลทอะตอมกลางเกนกฎออกเตต

96 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

4.1 แรงยดเหนยวภายในโมเลกล แรงยดเหนยวภายในโมเลกล (intramolecular force) เปนแรงยดเหนยวทเกดระหวางอะตอมกบ

อะตอมภายในโมเลกลท าใหเกดเปนพนธะเคม ไดแก พนธะไอออนก (ionic bond) พนธะโคเวเลนซ (covalent bond) และพนธะโลหะ (metallic bond)

การเกดพนธะเคมเปนการเปลยนแปลงทเกยวของกบอเลกตรอนในระดบพลงงานสดทายทเรยกวา เวเลนซอเลกตรอน (valence electron) หรออเลกตรอนวงนอกสดเทานน ดงนนการอธบายการเกดพนธะเคมอยางหนงอยางใดจงเกยวของกบเวเลนซอเลกตรอนของอะตอมทเกดเปนพนธะระหวางกน 4.1.1 พนธะไอออนก

พนธะไอออนก คอพนธะทเกดจากแรงดงดดทางไฟฟาสถต (electrostatic attraction) ระหวางไอออนบวกและไอออนลบ

พนธะไอออนกมกเกดระหวางธาตโลหะกบอโลหะ ทมคา EN แตกตางกนมากๆ โดยธาตโลหะมคา IE ต าจงมแนวโนมทจะใหอเลกตรอนแลวเกดเปนไอออนบวกไดงาย สวนอโลหะมคา EA สงจงมแนวโนมรบอเลกตรอนไดดจงเกดเปนไอออนลบไดงาย ธาตอโลหะมคา EN สงกวาธาตโลหะมาก จงเกดการถายโอนอเลกตรอนอยางสมบรณ (electron transfer) จากธาตโลหะใหแกอโลหะเกดเปนไอออนบวกและไอออนลบ จงมแรงดงดดทางไฟฟาสถตระหวางกน ท าใหไอออนทงสองเขาชดใกลกน ดงภาพท 4.6

ภาพท 4.6 รปจ าลองแสดงแรงดงดดทางไฟฟาสถตระหวางไอออนบวกและไอออนลบ

การเกดพนธะไอออนก

สารประกอบทเกดมาจากพนธะไอออนก เรยกวา สารประกอบไอออนก (ionic compound) เชน การเกดพนธะไอออนกระหวาง Na กบ Cl โดย Na (โลหะ หม 1A) มคา IE ต าดงนน อะตอม Na จงแตกตวเปนไอออนบวกไดงาย และมคา EN ต า (EN=0.9) อะตอม Na จงมความสามารถในการดงอเลกตรอนต า จงท าให Na สญเสยเวเลนซอเลกตรอน 1 อเลกตรอน เกดเปน Na+ สวน Cl (อโลหะ หม 7A) มคา EA และคา EN สง (EN=3.0) ท าใหมความสามารถในการดงอเลกตรอนเขาหาตวเองไดดกวา จงสามารถรบอเลกตรอนมา 1 อเลกตรอนเกดเปน Cl- เมอไอออนทงสองทมประจตรงขามกนจงเกดแรงยดเหนยวทางไฟฟาซงกนและกน เกดเปนสารประกอบ NaCl ดงภาพท 4.7

+Na + : Cl [Na ] + [:Cl :]

ภาพท 4.7 การเกดพนธะไอออนกระหวางโซเดยมกบคลอรนเกดเปนสารประกอบโซเดยมคลอไรด

พนธะเคม | 97

พลงงานกบการเกดพนธะไอออนก ในป ค.ศ.1840 เฮสส (Germain Henri Hess) นกเคมชาวรสเซย ไดตพมพการประยกตใชของกฎ

ขอทหนงของเทอรโมไดนามกสทมความส าคญมากในการค านวณหาการเปลยนแปลงเอนทลป (enthalpy) ของปฏกรยาหนงๆ

เอนทลป คอปรมาณความรอนทถกดดเขาไปหรอคายออกมาจากระบบในการเกดปฏกรยาเคมใดๆ โดยการแสดงการเปลยนแปลงเอนทลปของปฏกรยาใดๆ เขยนแทนดวย H

เฮสสไดน าเอาคาการเปลยนแปลงเอนทลปของปฏกรยายอยๆ ทเกดขนในขนตอนตางๆ ของการเกดสารประกอบไอออนกมารวมกน โดยตงเปนกฎทเรยกวา กฎของเฮสส (Hess’ law) มใจความส าคญคอ การเปลยนแปลงเอนทลปของปฏกรยาเคมหนงๆ จะมคาคงท ไมวาปฏกรยาจะเกดขนขนเดยวหรอหลายขนกตาม

บอรน (Max Born) และ ฮาเบอร (Fritz Haber) นกเคมชาวเยอรมน ไดอาศยกฎของเฮสส สรางแผนผงวฏจกรทเรยกวา วฏจกรบอรน-ฮาเบอร (Born-Haber cycle) ส าหรบอธบายพลงงานโครงผลก หรอเรยกวา พลงงานแลตทซ (lattice energy) ในการเกดสารประกอบไอออนก

พลงงานแลตทซ คอพลงงานความรอนทคายออกมาเมอไอออนบวกและไอออนลบทอยในสภาวะแกสรวมตวกนแลวเกดเปนสารประกอบไอออนก

การหาพลงงานแลตทซของสารประกอบไอออนกไมสามารถหาไดโดยตรง แตสามารถหาไดโดยวธออมตามขนตอนตามวฏจกรบอรน-ฮาเบอร โดยอาศยการเปลยนแปลงเอนทลปของแตละขนของการเกดปฏกรยาเคม แลวค านวณคาพลงงานแลตทซของการเกดสารประกอบไอออนกตามกฎของเฮสส

ตวอยางการเกดสารประกอบ NaCl ดงสมการ

Na+(g) + Cl-(g) NaCl(s) + Hlatt

การหาพลงงานแลตทซจากวฏจกรบอรน-ฮาเบอรนนตองทราบขนตอนยอยๆ ทอณหภม 25C ดงน

ขนท 1 การเปลยนสถานะของอะตอม Na จากของแขงใหเปนแกส ซงเปนปฏกรยาดดความรอน เรยกวา พลงงานการระเหด (sublimation, Hsub)

Na(s) Na(g) Hsub = 109 kJ/mol ……(4.1)

ขนท 2 การสลายพนธะโมเลกลแกส Cl2 เปนอะตอม Cl ซงเปนปฏกรยาดดความรอน เรยกวา พลงงานการสลายพนธะของโมเลกลแกส (dissociation, Hdis)

Cl2(g) + 242.6 kJ 2Cl(g) แตการเกด NaCl(s) 1 โมลใช Cl(g) 1 โมล ดงนนพลงงานทดดเขาไปจะเปนครงหนง

½ Cl2(g) Cl(g) Hdis = 121.3 kJ/mol ……(4.2)

ขนท 3 การเปลยนอะตอม Na ในสถานะแกสใหเปน Na+ ซงเปนปฏกรยาดดความรอน เรยกวาพลงงานไอออไนเซชน (ionization energy, IE)

Na(g) Na+ (g) + e- IE = 495.9 kJ/mol ……(4.3)

98 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

ขนท 4 การเปลยนอะตอม Cl เปน Cl- เปนปฏกรยาคายความรอน เรยกวา พลงงานสมพรรคภาพอเลกตรอน (electron affinity, EA)

Cl(g) + e- Cl-(g) EA = -349 kJ/mol ……(4.4)

ขนท 5 การรวมตวของ Na+ และ Cl- เกดเปนผลก NaCl ซงเปนปฏกรยาคายความรอน ซงพลงงานทคายออกมาเรยกวา พลงงานแลตทซ (Hlatt)

Na+(g) + Cl-(g) NaCl(s) + Hlatt ……(4.5)

แผนผงการเกดผลก NaCl ตามวฏจกรบอรน-ฮาเบอร เขยนไดดงภาพท 4.8 Hf

o = 410.9 kJ Na(s) + 1/2Cl2(g) NaCl(s) Hsub = +109 kJ Hdiss = +122 kJ Na(g) + Cl(g) Hlatt IE = +496 kJ EA = -349 kJ Na+(g) + Cl-(g) ภาพท 4.8 แผนผงวฏจกรบอรน-ฮาเบอร ของการเกดสารประกอบโซเดยมคลอไรด

เมอน าสมการ (4.1)+(4.2)+(4.3)+(4.4)+(4.5) รวมกนจะไดดงสมการ Na(s) + ½ Cl2(g) NaCl(s) + Hf

o ……(4.6)

จากสมการ (4.6) พลงงานทคายออกมาเรยกวา เอนทลปมาตรฐานของการเกด (standard enthalpy of formation, Hf

o) ซงคอ คาการเปลยนแปลงความรอนทเกดจากการทธาตองคประกอบท าปฏกรยากนเพอเกดสารประกอบไอออนกปรมาณ 1 โมล ทอณหภม 25C ความดน 1 บรรยากาศ

จากกฎของเฮสสเขยนเปนสมการไดคอ

Hfo = Hsub + Hdis + IE + EA + Hlatt ……(4.7)

ดงนน พลงงานแลตทซ จงหาไดจาก

Hlatt = Hfo - Hsub - Hdis - IE - EA ……(4.8)

Hlatt = 410.9 - 109 - 121.3 - 495.9 - (-349) = -788 kJ/mol

ดงนน การเกดผลก NaCl จ านวน 1 โมลตองคายพลงงาน 788 กโลจล

พนธะเคม | 99

ตารางท 4.2 คาเอนทลปมาตรฐานของการเกด (Hfo) ทอณหภม 25C

สตรเคม Hfo (kJ/mol) สตรเคม Hf

o (kJ/mol) C2H2(g) 226.7 HCl(g) -92.30 NH3(g) -46.19 HF(g) -268.6 C6H6(l) 49.0 HI(g) 25.9 CaCO3(s) -1,207.1 CH4(g) -74.8 CaO(s) -635.5 CH3OH(l) -238.6 CO2(g) -393.5 C3H8(g) -103.85 CO(g) -110.5 AgCl(s) -127 C(s) 1.88 NaHCO3(s) -947.7 C2H6(g) -84.68 Na2CO3(s) -130.9 C2H5OH(l) -277.7 NaCl(s) -410.9 C2H4(g) 52.3 C12H22O11(s) -2221 C6H12O6(s) -1273 H2O(l) -258.8 HBr(g) -36.23 H2O(g) -241.8

ตารางท 4.3 พลงงานแลตทซของสารประกอบไอออนกบางชนด

สารประกอบไอออนก

พลงงานแลตทซ (kJ/mol)

สารประกอบไอออนก

พลงงานแลตทซ (kJ/mol)

LiF -1,030 MgCl2 -2,326 LiCl -834 SrCl2 -2,127 LiI -730 NaF -910 MgO -3,795 NaCl -788 CaO -3,414 NaBr -732 SrO -3,217 NaI -682 KF -808 SCN -7,547 KCl -701 KBr -671 CsCl -657 CsI -600

หมายเหต เครองหมายเปนลบ เนองจากเปนการคายพลงงาน พลงงานแลตทซสมพนธกบจดหลอมเหลวของผลกไอออนก คอถาพลงงานแลตทซมคามาก ผลก

ไอออนกนนจะมความเสถยรมาก ไอออนทยดเหนยวกนอยอยางแขงแรง ดงนนเมอตองการท าใหเปลยนสถานะจากของแขงไปเปนของเหลว ตองใชพลงงานในการหลอมเหลวสง ดงนนผลกไอออนกทมพลงงานแลตทซสงจะมจดหลอมเหลวสงกวาผลกไอออนกทมพลงงานแลตทซต า

100 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

สมบตของสารประกอบไอออนก 1) สภาวะปกต สารประกอบไอออนกเปนของแขงไมน าไฟฟา เมอหลอมเหลวหรออยในสภาพของ

สารละลาย สามารถน าไฟฟาไดด เพราะในผลกของแขง ไอออนบวกและไอออนลบยดเหนยวกนไวแขงแรง เคลอนทไมได แตเมอหลอมเหลวเปนของเหลว ไอออนบวกและไอออนลบแยกออกจากกนและสามารถเคลอนทได โดยไอออนบวกเคลอนทเขาหาขวลบเพอรบอเลกตรอน และไอออนลบเคลอนทเขาหาขวบวกเพอใหอเลกตรอน จงเคลอนทไปยงขวไฟฟาท าใหกระแสไฟฟาไหลผานได

2) สารประกอบไอออนกมจดเดอด จดหลอมเหลวสง เนองจากการหลอมเหลวและการเดอดของสารประกอบไอออนกตองใชพลงงานในการสลายพนธะสง

3) ละลายไดดในตวท าละลายทมคาคงตวไดอเลกตรกสง (ตวท าละลายมขว) แสดงดงภาพท 4.9 (กลไกการละลายของเกลอไอออนกอธบายในเรองสารละลาย หนวยเรยนท 5)

4) สารประกอบไอออนกทกชนดมสถานะของแขงทอณหภมหอง 5) เปราะ แตกหกงาย เนองจากเกดแรงผลกกนระหวางประจทเหมอนกน แสดงดงภาพท 4.10 6) ปฏกรยาของสารประกอบไอออนกใดๆ เกดขนไดอยางรวดเรว เชนการละลาย และการ

ตกตะกอน

ภาพท 4.9 แสดงการละลายของผลกไอออนกในน า

ทมา: ดดแปลงจาก http://chewtychem.wiki.hci.edu.sg

ภาพท 4.10 แสดงการเปราะและการแตกหกงายของผลกไอออนก

ทมา: ดดแปลงจาก http://chewtychem.wiki.hci.edu.sg

พนธะเคม | 101

การเขยนสตรสารประกอบไอออนก สตรสารประกอบไอออนกตองเขยนไอออนบวกกอนตามดวยไอออนลบ และคาประจรวมตอง

เทากบศนย การเขยนสตรสารประกอบไอออนกตองพจารณาไอออนบวกและไอออนลบ ซงโลหะจะเปนไอออน

บวก สวนอโลหะเปนไอออนลบ อตราสวนไอออนโลหะตอไอออนอโลหะในสตรสารประกอบไอออนกแสดงดงตารางท 4.4

อตราสวนประจระหวางประจบวกและประจลบ จะบอกอตราสวนของไอออนทเปนองคประกอบในสตรสารประกอบไอออนก เชนอตราสวนประจระหวางประจบวกและประจลบ เทากบ 1:1 แสดงวาสตรสารประกอบไอออนกนนประกอบดวยไอออนบวก 1 อะตอมและไอออนลบ 1 อะตอม (ตารางท 4.5)

ตารางท 4.4 อตราสวนไอออนโลหะตอไอออนอโลหะในสตรสารประกอบไอออนก

ไอออนโลหะ ไอออนอโลหะ สตรสารประกอบไอออนก หม ประจ หม ประจ (เมอ M แทนโลหะและ A แทนอโลหะ) 1A 1A

+1 +1

7A 6A

-1 -2

MA M2A

2A 2A

+2 +2

7A 6A

-1 -2

MA2 MA

3A 3A

+3 +3

7A 6A

-1 -2

MA3 M2A3

ตารางท 4.5 การเขยนสตรสารประกอบไอออนกบางชนด

ไอออนบวก ไอออนลบ อตราสวนประจ (+ / -)

สตรสารประกอบไอออนก

Na+ Cl- 1 : 1 NaCl Li+ O2- 1 : 2 Li2O Ca2+ F- 2 : 1 CaF2 Mg2+ O2- 2 : 2 MgO Al3+ S2- 3 : 2 Al2S3 NH4

+ SO42- 1 : 2 (NH4)2SO4

Fe3+ OH- 3 : 1 Fe(OH)3 K+ PO4

3- 1 : 3 K3PO4

ตวอยาง 4.1 การเขยนสตรสารประกอบไอออนกทเกดจากการรวมตวระหวางไอออนบวกกบไอออนลบ ไอออนลบ ไอออนบวก

Cl- S2- CN- PO43- SO4

2-

Li+ LiCl Li2S LiCN Li3(PO4) Li2SO4 Ba2+ BaCl2 BaS Ba(CN)2 Ba3(PO4)2 BaSO4 Fe2+ FeCl2 FeS Fe(CN)2 Fe3(PO4)2 FeSO4 Fe3+ FeCl3 Fe2S3 Fe(CN)3 FePO4 Fe2(SO4)3

102 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

การเรยกชอสารประกอบไอออนก 1) ไอออนบวก เรยกตามชอธาตโลหะ (ภาคผนวก ข) ดงตารางท 4.6 กรณธาตโลหะทมเลข

ออกซเดชนมากกวา 1 คาตองระบเลขออกซเดชนเปนเลขโรมนในวงเลบ ตารางท 4.6 ชอไอออนบวกบางชนด

ประจ ไอออนบวก ชอธาต ชอเรยกไอออนบวก +1 H+ ไฮโดรเจน ไฮโดรเจนไอออน หรอโปรตอน Na+ โซเดยม โซเดยมไอออน Ag+ เงน เงนไอออน Cu+ ทองแดง ทองแดง(I) หรอ ควปรสไอออน NH4

+ - แอมโมเนยมไอออน +2 Ca2+ แคลเซยม แคลเซยมไอออน Zn2+ สงกะส สงกะสไอออน Cu2+ ทองแดง ทองแดง(II) หรอ ควปรกไอออน Fe2+ เหลก เหลก(II) หรอ เฟอรสไอออน Hg2+ ปรอท ปรอท(II) หรอ เมอรควรกไอออน +3 Al3+ อะลมเนยม อะลมเนยมไอออน Fe3+ เหลก เหลก(III) หรอ เฟอรกไอออน Cr3+ โครเมยม โครเมยม(III) หรอโครมกไอออน

5.2) ไอออนลบ เรยกตามชอธาต แตเปลยนค าลงทายเปนไอด (-ide) และไอออนลบบางชนดเปน

กลมอะตอมหรอโมเลกลจงมชอเรยกเฉพาะ ดงตารางท 4.7 ตารางท 4.7 ชอไอออนลบบางชนด

ประจ ไอออนลบ ชอธาต ชอเรยกไอออนลบ -1 H- ไฮโดรเจน ไฮไดรดไอออน F- ฟลออรน ฟลออไรดไอออน Cl- คลอรน คลอไรดไอออน I- ไอโอดน ไอโอไดดไอออน CN- - ไซนาไนดไอออน OH- - ไฮดรอกไซดไอออน CH3COO- - แอซเตตไอออน NO3

- - ไนเตรตไอออน MnO4

- - แมงกาเนตไอออน -2 O2- ออกซเจน ออกไซดไอออน S2- ก ามะถน (ซลเฟอร) ซลไฟดไอออน CO3

2- - คารบอเนตไอออน CrO4

2- - โครเมตไอออน Cr2O7

2- - ไดโครเมตไอออน SO4

2- - ซลเฟตไอออน -3 N3- ไนโตรเจน ไนไตรดไอออน PO4

3- - ฟอสเฟตไอออน

พนธะเคม | 103

3) ล าดบการเรยกชอสารประกอบไอออนกใหเรยกชอไอออนบวกกอนแลวตามดวยชอไอออนลบ (ตามหลกการเขยนสตร) ดงตารางท 4.8 ตารางท 4.8 ชอสารประกอบไอออนกบางชนด

สตร ไอออนบวก ไอออนลบ ชอสารประกอบไอออนก NaCl Na+ Cl- โซเดยมคลอไรด Li2O Li+ O2- ลเทยมออกไซด CaF2 Ca2+ F- แคลเซยมฟลออไรด MgO Mg2+ O2- แมกนเซยมออกไซด Al2S3 Al3+ S2- อะลมเนยมซลไฟด (NH4)2SO4 NH4

+ SO42- แอมโมเนยมซลเฟต

Fe(OH)3 Fe3+ OH- เหลก(III) ไฮดรอกไซด K3PO4 K+ PO4

3- โพแทสเซยมฟอสเฟต 4) ไอออนบวกทเปนโลหะแทรนซชนทมเลขออกซเดชนไดหลายคา (มประจบวกไดมากกวาหนง

คา) ใหเขยนเลขออกซเดชนของไอออนบวกตามระบบสตอก (stock) โดยเขยนชอธาตตามดวยเลขคาออกซเดชนเปนเลขโรมนในเครองหมายวงเลบ เชน เหลก(III), ตะกว(II), โครเมยม(VI), ปรอท(II) และ แคดเมยม(II) ดงตารางท 4.6

5) โลหะแทรนซชนทมเลขออกซเดชน 2 คา และมชอภาษาละตน ใหเรยกไอออนบวกดวยชอภาษากรก แตเปลยนพยางคทายเปน “-อส (-ous)” ส าหรบไอออนทมเลขออกซเดชนนอย และเปลยนพยางคทายเปน “-อก (-ic)” ส าหรบไอออนทมเลขออกซเดชนมากกวา โดยไมตองใสเลขออกซเดชนในวงเลบ ดงตารางท 4.9 และตวอยางดงตารางท 4.10

ตารางท 4.9 ชอเรยกไอออนบวกของโลหะแทรนซชนทมเลขออกซเดชน 2 คาและมชอเรยกภาษาละตน

โลหะแทรนซชน ชอภาษาละตน เลขออกซเดชน ชอเรยกไอออนบวก Fe เฟอรม +2 เฟอรส (ferrous) (ferrum) +3 เฟอรก (ferric) Cu ควปรม +1 ควปรส (cuprous) (cuprum) +2 ควปรก (cupric) Hg เมอรควร +1 เมอรควรส (mercurous) (mercury) +2 เมอรควรก (mercuric)

ตารางท 4.10 ชอเรยกสารประกอบไอออนกทโลหะแทรนซชนทมเลขออกซเดชน 2 คา

สตร เลขออกซเดชน ชอเรยกไอออนบวก ชอเรยกสารไอออนก FeSO4 +2 เฟอรส เฟอรสซลเฟต FeCl3 +3 เฟอรก เฟอรกคลอไรด Cu2O +1 ควปรส ควปรสออกไซด CuO +2 ควปรก ควปรกออกไซด Hg2Cl2 +1 เมอรควรส เมอรควรสคลอไรด HgCl2 +2 เมอรควรก เมอรควรกคลอไรด

104 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

ตวอยาง 4.2 การเขยนและการเรยกชอสารประกอบไอออนก ธาตองคประกอบ สตรสารประกอบไอออนก ชอเรยกสารประกอบไอออนก K กบ O K2O โพแทสเซยมออกไซด Ca กบ SO4

2- CaSO4 แคลเซยมซลเฟต Al กบ Cl AlCl3 อะลมเนยมคลอไรด Fe2+ กบ S FeS เฟอรสซลไฟด หรอ เหลก(II)ซลไฟด Fe3+ กบ CN- Fe(CN)3 เฟอรกไซนาไนด หรอ เหลก(III)ไซนาไนด Cr กบ F CrF3 โครเมยม(III) ฟลออไรด Mn กบ PO4

3- Mn3(PO4)2 แมงกานส(II) ฟอสเฟต Zn กบ O ZnO สงกะสออกไซด

ขอสงเกต ชอสารประกอบไอออนกจะไมมค าลงทายวา ไอออน เหมอนกรณไอออนบวกและไอออนลบ เนองจากเมอเกดเปนสารประกอบไอออนก ประจสทธเทากบศนย 4.1.2 พนธะโคเวเลนซ

พนธะโคเวเลนซ (covalent bond) เปนพนธะทเกดจากอะตอมตงแต 2 อะตอม น าเวเลนซอเลกตรอนมาใชรวมกนในจ านวนเทาๆ กน ภาพท 4.11 แสดงแบบจ าลองการเกดพนธะโคเวเลนซของสองอะตอมในการใชอเลกตรอนรวมกนอะตอมละ 1 อเลกตรอน เรยกอเลกตรอนทใชรวมกนเพอสรางพนธะวา อเลกตรอนครวมพนธะ (bonded-pair electron) สวนอเลกตรอนทไมไดใชในการสรางพนธะ เรยกวา อเลกตรอนคโดดเดยว (lone-pair electron)

อเลกตรอนครวมพนธะ ภาพท 4.11 ภาพจ าลองการเกดพนธะโคเวเลนซ

การเกดพนธะโคเวเลนซ โมเลกล CH4 เกดจากพนธะโคเวเลนซระหวางอะตอม C

และ H สามารถอธบายการเกดพนธะตามกฎออกเตตได คอ C มเวเลนซอเลกตรอน 4 อเลกตรอน ดงนนสามารถเกดพนธะไดท งหมด 4 พ น ธะ ใน ขณ ะท H ม เว เลนซ อ เล กต รอน 1 อเลกตรอนจงสามารถเกดพนธะไดเพยง 1 พนธะเทานน ดงนนการเกดพนธะโคเวเลนซระหวาง C 1 อะตอมตองอาศย H จ านวน 4 อะตอม ดงแสดงในภาพท 4.12 อเลกตรอนครวมพนธะทมาจาก C แทนดวยจดวงกลม สวนอเลกตรอนครวมพนธะทมาจาก H แทนดวย x และเวเลนซอเลกตรอนของ C ครบ 8 ตามกฎออกเตต สวนเวเลนซอเลกตรอนของ H ครบ 2 (ตามขอยกเวนกฎออกเตต)

ตวอยางการเกดพนธะโคเวเลนซของโมเลกล NH3 และโมเลกล H2O แสดงดงภาพท 4.13 อธบายการเกดพนธะเชนเดยวกบ CH4 จะเหนวาเมอเกดพนธะโคเวเลนซ เวเลนซอเลกตรอนของ N และ O ครบ 8 (ตามกฎออกเตต) สวนเวเลนซอเลกตรอนของ H ครบ 2 (ตามขอยกเวนกฎออกเตต) แตท

ภาพท 4.12 แสดงการเกดพนธะโคเวเลนซของมเทน

พนธะเคม | 105

แตกตางกนคอพนธะทเกดขนไมไดเกดตามจ านวนเวเลนซอเลกตรอน เพราะ N เกดไดเพยง 3 พนธะ และ O เกดไดเพยง 2 พนธะ ดงนน N จงมอเลกตรอนคโดดเดยว 1 ค สวน O มอเลกตรอนคโดดเดยว 2 ค

อเลกตรอนคโดดเดยว

(ก) (ข)

ภาพท 4.13 แสดงการเกดพนธะโคเวเลนซของ (ก) NH3 และ (ข) H2O พลงงานในการเกดพนธะโคเวเลนซ

การเกดพนธะโคเวเลนซเกยวของกบแรงผลกและแรงดงดดทสมดลกนระหวางสองอะตอม แรงผลกเกดขนระหวางอเลกตรอนของแตละอะตอมและระหวางนวเคลยสของแตละอะตอม แรงดงดดเกดขนจากแรงดงดดระหวางนวเคลยสกบอเลกตรอนของทงสองอะตอม ดงภาพท 4.14

ภาพท 4.14 แรงผลกและแรงดดระหวางอะตอมในการเกดพนธะโคเวเลนซ

การอธบายการเกดพนธะโคเวเลนซของแกส H2 แสดงภาพท 4.15 อะตอม H สองอะตอมรวมเปน

โมเลกล H2 เมออะตอม H สองอะตอมเคลอนทเขาใกลกน (ต าแหนง ) จะเกดแรงดงดดระหวางอเลกตรอนของอะตอมหนงกบโปรตอนในนวเคลยสของอกอะตอมหนง ท าใหบรเวณระหวางอะตอมทงสองมอเลกตรอนอยหนาแนนกวาบรเวณอน อเลกตรอนทเคลอนทอยในบรเวณระหวางอะตอมทงสองจะดงนวเคลยสของทงสองอะตอมใหเขาใกลกนมากขน แตเนองจากอเลกตรอนของทงสองอะตอมมประจลบเหมอนกน และโปรตอนในนวเคลยสทงสองมประจบวกเหมอนกน สงผลใหเมออะตอม H เขามาใกลกน จะเกดทงแรงดงดดและแรงผลกพรอมๆ กน (ดงภาพท 4.14) ซงถาอะตอม H อยหางกนจะมแรงดงดดมากกวาแรงผลก แตถาอะตอม H เขาใกลกนมากเกนไปจะมแรงผลกมากกวาแรงดด เมออะตอม H สองอะตอมอยหางกนในระยะทเหมาะสม พลงงานศกยลดลงต าสด ณ ระยะระหวางนวเคลยสของ H-H เทากบ 74 พโกเมตร (ต าแหนง ) แรงดงดดจะสมดลกบแรงผลก ผลรวมของแรงท าใหนวเคลยสไมแยกจากกน และใชอเลกตรอนรวมกนเกดเปนพนธะโคเวเลนซ

ความสมพนธระหวางพลงงานศกยกบระยะระหวางนวเคลยสของสองอะตอม (ตามภาพท 4.15) จะเหนไดวาเมออะตอมทงสองเขามาใกลกน แรงดงดดระหวางอะตอมท าใหพลงงานศกยลดลง และมระยะหนงทพลงงานศกยลดลงต าสดเทากบ -432 kJ/mol (ระยะ ) ถาอะตอมทงสองเขาใกลกนมากกวาน แรงผลกระหวางนวเคลยสท าใหพลงงานศกยเพมขน (ต าแหนง ) โมเลกล H2 ไมเสถยร (อะตอม H แยกออกจากกน) ระยะหางระหวางนวเคลยสของอะตอม H สองอะตอมทมเสถยรภาพเปน 74 พโกเมตร หมายความไดวา ความยาวพนธะของโมเลกล H2 เทากบ 74 พโกเมตร และพลงงานพนธะของ H2 เทากบ 432 kJ/mol

106 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

ภาพท 4.15 ความสมพนธระหวางพลงงานศกยกบระยะระหวางนวเคลยสของไฮโดรเจน

ทมา: Silberberg. Chemistry. 2013. p338 พนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ

พนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ (coordinate covalent bond) เกดจากอะตอมของธาตหนงเปนผใหคอเลกตรอนแกอกอะตอมหนงทสามารถรบคอเลกตรอนได แลวเกดเปนพนธะโคเวเลนซ

พนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ แตกตางจากพนธะโคเวเลนซปกตตรงทไมไดเกดจากอะตอมทงสองน าเวเลนซอเลกตรอนมาใชรวมกน แบบจ าลองเปรยบเทยบการเกดพนธะโคเวเลนซปกตและการเกดพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ แสดงดงภาพท 4.16

ภาพท 4.16 แบบจ าลอง (ก) การเกดพนธะโคเวเลนซปกต และ (ข) พนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ

ทมา: McMurry et al. Chemistry. 2010. p115 ในพนธะโคเวเลนซปกต อะตอม X และ Y ใชอเลกตรอนของตวเอง ในขณะทพนธะโคออรดเนตโค

เวเลนซจะเหนวาฝายหนงใหคอเลกตรอนหนง เรยกวาผใหคอเลกตรอน อกฝายท าหนาทรบคอเลกตรอน เรยกวา ผรบคอเลกตรอน โดยผรบคอเลกตรอนตองมออรบทลวางส าหรบรบคอเลกตรอนเพอเกดเปนพนธะโคเวเลนซ

ตวอยางโมเลกลทเกดพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ เชน H3N-BF3 แสดงในภาพท 4.17

NHH

H

B

F

FF NH

H

H

B

F

FF

ภาพท 4.17 แสดงการเกดพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ

พนธะโคเวเลนซ

พนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ

พนธะเคม | 107

เมอพจารณาจากเวเลนซอเลกตรอนของ B ซงอยหม 3A จะมเวเลนซอเลกตรอน 3 อเลกตรอน และอเลกตรอนทง 3 อเลกตรอนไดใชเปนอเลกตรอนครวมพนธะกบ H 3 อะตอมหมดแลว ดงนน B จงไมมเวเลนซอเลกตรอนเหลอทจะใชสรางพนธะไดอก สวนโมเลกล NH3 อะตอม N ซงอยหม 5A จะมเวเลนซอเลกตรอน 5 อเลกตรอน เกดพนธะกบ H 3 อะตอม ดงนน N จงมอเลกตรอนคโดดเดยวอก 1 ค เมอ B ไมมอเลกตรอนทจะสามารถสรางพนธะได แต B มออรบทลวาง (คอออรบทล-2p) จงสามารถรบคอเลกตรอนจาก N เกดเปนพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ

ประเภทของพนธะโคเวเลนซ

1) พนธะเดยว (single bond) คอพนธะโคเวเลนซทเกดจากใชอเลกตรอนครวมพนธะ 1 ค เขยนโดยใชขดหนงเสน () แทนอเลกตรอนครวมพนธะ 1 คทอยระหวางอะตอมทงสองอะตอม เชน พนธะระหวาง C กบ H ในโมเลกล CH4

2) พนธะค (double bond) คอพนธะโคเวเลนซทเกดจากใชอเลกตรอนครวมพนธะ 2 ค เขยนโดย

ใชขดสองเสน () แทนอเลกตรอนครวมพนธะ 2 คทอยระหวางอะตอมทงสองอะตอม เชนพนธะระหวาง C กบ O ในโมเลกล CO2 โดย C มเวเลนซอเลกตรอน 4 อเลกตรอน สวน O มเวเลนซอเลกตรอน 6 อเลกตรอน ยงขาดอก 2 อเลกตรอนจะครบ 8 ตามกฎออกเตต เมอ C น าอเลกตรอน 2 อเลกตรอนมาใชในการสรางพนธะกบ O 2 อะตอม เกดเปนพนธะคระหวาง C และ O ท าใหอะตอมทงสองมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 8 และ O มอเลกตรอนคโดดเดยวอะตอมละ 2 ค

O :: C :: O O = C = O

3) พนธะสาม (triple bond) คอ พนธะโคเวเลนซทเกดจากใชอเลกตรอนครวมพนธะ 3 ค เขยน

โดยใชขดสามเสน () แทนอเลกตรอนครวมพนธะ 3 คทอยระหวางอะตอมทงสองอะตอม เชน พนธะระหวาง N สองอะตอมในโมเลกลของ N2 โดย N แตละอะตอมมเวเลนซอเลกตรอน 5 อเลกตรอน ขาดอก 3 อเลกตรอนตามกฎออกเตต เมอแตละอะตอมใชเวเลนซอเลกตรอนรวมกน 3 ค (มาจากอะตอมละ 3 อเลกตรอน) เกดเปนพนธะสาม ท าใหไนโตรเจนแตละอะตอมมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 8 และ N มอเลกตรอนคโดดเดยวอะตอมละ 1 ค

:N ::: N: :NN:

การเขยนสตรโครงสรางลวอส สตรโครงสรางลวอสเปนสตรทแสดงการใชอเลกตรอนครวมพนธะรวมกนของอะตอมในโมเลกล จะ

แสดงไดทงสตรโครงสรางแบบจดและแบบเสน หลกการเขยนสตรโครงสรางลวอสเปนดงน ขนท 1 ก าหนดต าแหนงอะตอมกลาง (อะตอมทม EN นอยทสด) และอะตอมทลอมรอบอะตอม

กลาง (H และ F มกอยลอมรอบเสมอ)

108 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

- H ไมสามารถเปนอะตอมกลางได เพราะ H เกดพนธะกบอะตอมอนไดเพยง 1 พนธะ เนองจากมเวเลนซอเลกตรอนเพยง 1 อเลกตรอนและ H จะเสถยรเมอมเวเลนซอเลกตรอนครบ 2

- O โดยทวไปจะเกดพนธะเดยว 2 พนธะ หรอเกดพนธะค 1 พนธะ ขนท 2 นบรวมจ านวนเวเลนซอเลกตรอนของอะตอมทงหมด ขนท 3 กระจายคอเลกตรอน (:) เขาระหวางอะตอมของธาตเปนพนธะเดยว ขนท 4 กระจายอเลกตรอนทเหลอเปนค (:) โดยยดกฎออกเตต

- ใหเตมอเลกตรอนคโดดเดยวทอะตอมลอมรอบกอนใหครบ 8 ตามกฎออกเตต (ยกเวน H) - ถายงมอเลกตรอนเหลอใหเตมทอะตอมกลาง หรอเตมเปนพนธะคหรอพนธะสาม

ขนท 5 เขยนสตรโครงสรางแบบเสน

ตวอยาง 4.3 จงเขยนโครงสรางลวอสของคารบอนเททระคลอไรต (CCl4) ขนท 1 เขยนโครงสราง C เปนอะตอมกลาง และ Cl 4 อะตอมอยลอมรอบ ขนท 2 C 1 อะตอม มเวเลนซอเลกตรอน = 4

Cl 4 อะตอม มเวเลนซอเลกตรอน = 7x4 = 28 ดงนน จ านวนอเลกตรอนรวมทงหมด = 4+28 = 32 (16 ค)

CCl ClCl

Cl

ขนท 3 กระจายคอเลกตรอนระหวาง C และ Cl

CCl ClCl

Cl

ขนท 4 กระจายคอเลกตรอนแกอะตอม Cl ใหครบ 8 ตามกฎออกเตต

CCl ClCl

Cl

ขนท 5 เขยนสตรโครงสรางแบบเสน CCl Cl

Cl

Cl

ในการเขยนสตรโครงสรางลวอส โมเลกลจะมพนธะเดยว พนธะค หรอพนธะสาม สามารถ

ตรวจสอบไดโดยใชกฎ 6N+2 เมอ N คอจ านวนอะตอมทงหมดในสตรเคม (ยกเวน H) ดงน - ถาจ านวนเวเลนซอเลกตรอนในสตรเคมเทากบ 6N+2 ในโมเลกลนนจะมพนธะเดยวทงหมด - ถาจ านวนเวเลนซอเลกตรอนในสตรเคมนอยกวา 6N+2 อย 2 ในโมเลกลจะมพนธะคอยางนอย

1 พนธะอยดวย - ถาจ านวนเวเลนซอเลกตรอนในสตรเคมนอยกวา 6N+2 อย 4 ในโมเลกลจะมพนธะค 1 หรอ 2

พนธะหรอมพนธะสาม 1 พนธะอยดวย

พนธะเคม | 109

PF FF

ตวอยาง 4.4 การพจารณาชนดพนธะในโมเลกล SO2 โดยใชกฎ 6N+2 วธคด N = 3 ดงนน 6N+2 = 6(3)+2 = 20

จ านวนเวเลนซอเลกตรอนทงหมด = 6+(6x2) = 18 20 – 18 = 2 จ านวนเวเลนซอเลกตรอนนอยกวาอย 2 แสดงวาในโมเลกล SO2 จะมพนธะค 1 พนธะอยดวย

ตวอยาง 4.5 การพจารณาชนดพนธะในโมเลกลและเขยนสตรโครงสรางลวอสของโมเลกลตอไปน 1) PF3 N = 4 ดงนน 6N+2 = 6(4)+2 = 26

จ านวนเวเลนซอเลกตรอนทงหมด = 26 26–26 = 0 ดงนน ในโมเลกล PF3 จะมเฉพาะพนธะเดยว สตรโครงสรางเขยนไดเปน

2) CO2 N = 3 ดงนน 6N + 2 = 6(3) + 2 = 20

จ านวนเวเลนซอเลกตรอนทงหมด = 16 20–16 = 4 ดงนนในโมเลกล CO2 จะมพนธะค 1 หรอ 2 พนธะ หรอพนธะสาม 1 พนธะ สตรโครงสรางเขยนไดเปน

3) C2H2 N = 2 ดงนน 6N + 2 = 6(2) + 2 = 14 จ านวนเวเลนซอเลกตรอนทงหมด = 10 14–10 = 4 ดงนนในโมเลกล C2H2 จะมพนธะค 1 หรอ 2 พนธะ หรอพนธะสาม 1 พนธะ สตรโครงสรางเขยนไดเปน HCCH

สภาพขวของพนธะ

1) ไดโพลโมเมนต สภาพขวของพนธะเกดขนเนองจากกลมหมอกอเลกตรอนกระจายตวไมเทากนระหวางอะตอมทเกดพนธะโคเวเลนซ โดยไดโพลโมเมนต (dipole moment) คอ สภาพประจไฟฟาทเกดขนอนเนองจากการกระจายตวของอเลกตรอน โดยประจไฟฟาจะอยดวยกนเปนคๆ (โดยใชสญลกษณแสดงเปน + และ -) และประจไฟฟาทงสองจะอยตรงขามกนเสมอ แสดงดงภาพท 4.18 คาไดโพลโมเมนตเปนปรมาณทใชวดความมขวของพนธะ

ภาพท 4.18 แสดงไดโพลโมเมนตทเกดจากการกระจายตวของอเลกตรอนไมเทากน

110 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

O C O

ภาพท 4.22 โมเลกลไมมขวทประกอบดวยพนธะทมขวของ (ก) คารบอนไดออกไซด และ (ข) มเทน

โมเลกลทประกอบดวยอะตอมชนดเดยวกนเชน H2, N2 และ O2 จะมไดโพลโมเมนตเทากบศนย โอกาสทจะพบอเลกตรอนในแนวความยาวของพนธะจะเทาๆ กน แตโมเลกลทประกอบดวยอะตอมตางชนด โอกาสทจะพบอเลกตรอนในแนวความยาวของพนธะจะไมเทากน โอกาสทจะพบอเลกตรอนใกลอะตอมใดมากกวากนจะขนอยกบคา EN โดยอะตอมทมคา EN สงกวาจะมความสามารถในการดงอเลกตรอนเขาหาตวเองไดมากกวา ดงนนโอกาสทจะพบกลมหมอกอเลกตรอนหนาแนนในฝงอะตอมทมคา EN สงกวายอมมไดมากกวา สภาพขวของพนธะโคเวเลนซแบงออกเปน 2 ชนด

1.1) พนธะไมมขว (non-polar bond) คอพนธะทมไดโพลโมเมนตเปนศนย หรอไมมสภาพขวของพนธะโคเวเลนซ เนองจากเปนพนธะทเกดจากอะตอมของธาตชนดเดยวกน (จงมคา EN เทากน) ดงแสดงในภาพท 4.19 เชน H–H, Cl–Cl, OO และ NN

ภาพท 4.19 แบบจ าลองแสดงพนธะไมมขว (ก) H2 และ (ข) Cl2

1.2) พนธะมขว (polar bond) คอสภาพขวของพนธะโคเวเลนซทเกดขนเมออเลกตรอนทใชรวมกนกระจายระหวาง 2 อะตอมไมเทากน เนองจากอะตอมทงสองมคา EN ตางกน อะตอมทมคา EN สงกวาจะดงดดอเลกตรอนเขาหาตวไดดกวา ท าใหมกลมหมอกอเลกตรอนหนาแนนกวา เกดสภาพขวไฟฟาเปนลบเลกนอย (partial negative charge) เขยนแทนดวย - (เดลดาลบ) สวนอะตอมทมคา EN ต ากวาจะดงดดอเลกตรอนไดนอยกวา กลมหมอกอเลกตรอนเบาบางกวา จงมสภาพขวไฟฟาเปนบวกเลกนอย (partial positive charge) เขยนแทนดวย + (เดลดา บวก) หรออาจเขยนโดยใชเครองหมาย แทนไดโพลโมเมนตแสดงสภาพขวของพนธะ โดยหวลกศรชไปทางอะตอมทมอเลกตรอนหนาแนนกวา (อะตอมทมคา EN สงกวา) แสดงในภาพท 4.20 และ 4.21

2) สภาพขวของโมเลกล ขนอยกบผลรวมเวกเตอรของไดโพลโมเมนตของทกพนธะในโมเลกล ถาผลรวมของไดโพลโมเมนตเทากบศนย โมเลกลไมมสภาพขว แตถาผลรวมของไดโพลโมเมนตไมเทากบศนย สภาพขวของโมเลกลโคเวเลนซแบงออกเปน 2 ชนดคอ

2.1) โมเลกลทไมมขว (non-polar) คอโมเลกลทผลรวมเวกเตอรของไดโพลโมเมนตเทากบศนย โดยโมเลกลทไมมขวอาจเกดขนตามสภาพขวพนธะได 2 ประเภทคอ

(1) โมเลกลไมมขวทเกดจากพนธะทไมมขว เชน H2, Cl2, N2 และ O2 เนองจากมคา EN เทากน

(ก) (ข)

(ก) (ข)

ภาพท 4.20 แบบจ าลองแสดงพนธะโคเวเลนซทมขว

ภาพท 4.21 แบบจ าลองแสดงพนธะ โคเวเลนซมขวของน า

พนธะเคม | 111

(2) โมเลกลไมมขวทเกดจากพนธะทมขว เชน CO2 และ CH4 ดงแสดงในภาพท 4.22 พนธะทเกดขนเปนพนธะทมขว แตเมอรวมเวกเตอรไดโพลโมเมนตของทกพนธะ พบวาไดโพลโมเมนตเทากบศนย

2.2) โมเลกลทมขว (polar) คอผลรวมของไดโพลโมเมนตไมเทากบศนย จะประกอบดวยพนธะทมขว เชน NH3, H2O, CH3Cl ดงแสดงในภาพท 4.23 (ก) (ข)

ภาพท 4.23 โมเลกลมขว (ก) น า และ (ข) ฟลออโรมเทน ความยาวพนธะ

ความยาวพนธะ (bond length) เปนระยะทางระหวางนวเคลยสของอะตอมสองอะตอมขณะเขาใกลกนไดมากทสดดวยแรงยดเหนยวเกดเปนพนธะโคเวเลนซ ความยาวพนธะทเกดในโมเลกลตางชนดจะไมเทากน ถงแมจะเกดพนธะชนดเดยวกนกตาม ในอะตอมบางชนดอาจเกดพนธะไดมากกวาหนงชนดแตพนธะทเกดจะมพลงงานพนธะและความยาวพนธะตางกน แสดงดงภาพท 4.24 และ 4.25

ความยาวพนธะ

ภาพท 4.24 แบบจ าลองความยาวพนธะของโมเลกลโคเวเลนซ

198 pm 154 pm 178 pm

(ก) (ข) (ค)

ภาพท 4.25 ความยาวพนธะระหวาง (ก) ClCl, (ข) CC และ (ค) ClC ทมา: ดดแปลงจาก Silberberg. Chemistry. 2013. p286

ความยาวพนธะเฉลยระหวางอะตอมของธาตแตละชนดในพนธะโคเวเลนซ แสดงดงตารางท 4.12

จะสงเกตไดวากรณอะตอมธาตชนดเดยวกน ความยาวพนธะเฉลยของพนธะสาม < พนธะค < พนธะเดยว

112 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

ตารางท 4.12 ความยาวพนธะเฉลย (หนวยพโกเมตร) พนธะเดยว H-H 74 N-H 101 Si-H 148 S-H 134 H-F 92 N-N 146 Si-Si 234 S-P 210 H-Cl 127 N-P 177 Si-O 161 S-S 204 H-Br 141 N-O 144 Si-S 210 S-F 158 H-I 161 N-S 168 Si-N 172 S-Cl 201 N-F 139 Si-F 156 S-Br 225 N-Cl 191 Si-Cl 204 S-I 134 C-H 109 N-Br 214 Si-Br 216 C-C 154 N-I 222 Si-I 240 F-F 143 C-Si 186 F-Cl 166 C-N 147 O-H 96 P-H 142 F-Br 178 C-O 143 O-P 160 P-Si 227 F-I 187 C-P 187 O-O 148 P-P 221 Cl-Cl 199 C-S 181 O-S 151 P-F 156 Cl-Br 214 C-F 133 O-F 142 P-Cl 204 Cl-I 243 C-Cl 177 O-Cl 164 P-Br 222 Br-Br 228 C-Br 194 O-Br 172 P-I 243 Br-I 248 C-I 213 O-I 194 I-I 266 พนธะคและพนธะสาม C=C 134 N=N 122 CC 121 NN 110 N=N 127 N=O 120 CN 115 NO 106 C=O 123 O=O 121 CO 113

ทมา: ดดแปลงจาก Silberberg. Chemistry. 2013. p340 มมพนธะ (bond angle)

โดยทวไปโมเลกลตองการอยในระบบทมพลงงานต าทสด โดยกลมหมอกอเลกตรอนพยายามอยหางกนมากทสดเพอใหมแรงผลกระหวางกนนอยทสด โมเลกลจงจะมความเสถยรสง การทโมเลกลลดแรงผลกระหวางกลมหมอกอเลกตรอนของแตละพนธะเกดขนไดโดยการเบนมมพนธะออกใหหางกน

ตวอยางโมเลกล CH4 อะตอม C ทอยตรงกลางมคอเลกตรอนลอมรอบ 4 ค เนองจากกลมประจลบทง 4 ค มขนาดประจเทากนจงเกดแรงผลกเทาๆ กน สงผลใหมมของพนธะเบนออกจากกนจนท ามมระหวางกนเปน 109.5 ดงภาพท 4.26(ก)

ตวอยางโมเลกล NH3 มพนธะระหวางอะตอม N กบ H รวมสามพนธะ มมระหวางพนธะของโมเลกล NH3 เทากบ 107.3 เนองจากอทธพลของกลมประจลบจากอเลกตรอนคโดดเดยวหนงคของอะตอมไนโตรเจนแผไปในบรเวณกวางกวากลมประจลบของคอเลกตรอนทอยรวมกนระหวางอะตอม N กบอะตอม H ซงไดรบอทธพลการดงดดจากนวเคลยสทงสอง ดงนน กลมประจลบทใหญกวาจงผลกพนธะระหวาง N และ H ทงสามพนธะเขามาชดกน ดงภาพท 4.26(ข)

ตวอยางโมเลกล H2O ประกอบดวย O 1 อะตอม และ H 2 อะตอม อะตอม O มอเลกตรอนคโดดเดยวอก 2 ค ซงผลกพนธะ O-H ท าใหโมเลกล H2O มมมนเทากบ 104.5 ดงภาพท 4.26(ค)

พนธะเคม | 113

(ก) (ข) (ค)

ภาพท 4.26 แสดงมมพนธะของโมเลกล (ก) CH4 (ข) NH3 และ (ค) H2O ทมา: Chang and Goldsby. Chemistry. 2013. p420

4.1.3 พนธะโลหะ

พนธะโลหะ (metallic bond) คอแรงดงดดระหวางไอออนบวกทเรยงชดกนกบอเลกตรอนทอยโดยรอบ เปนแรงยดเหนยวทอะตอมโลหะใชเวเลนซอเลกตรอนทงหมดรวมกนและอเลกตรอนไมไดโคจรรอบอะตอมใดอะตอมหนงเพยงอะตอมเดยว ดงแสดงแบบจ าลองในภาพท 4.27 แตอเลกตรอนทกตวสามารถเคลอนทไปยงอะตอมใกลเคยงไดอสระและรวดเรว จงมสภาพคลายกบมกลมหมอกอเลกตรอนปกคลมกอนโลหะ เสมอนไอออนบวกของโลหะฝงอยในกลมหมอกอเลกตรอน จงเกดแรงดงดดทแนนหนาทวไปทกต าแหนงภายในกอนโลหะ

ภาพท 4.27 แบบจ าลองการโคจรของอเลกตรอนในพนธะโลหะ

ทฤษฎแบบจ าลองทะเลอเลกตรอน

เนองจากโลหะเปนธาตทมเวเลนซอเลกตรอนนอย โลหะมคา IE ต า แสดงวาอเลกตรอนทอยในระดบพลงงานสดทายมแรงดงดดกบนวเคลยสอยางหลวมๆ ท าใหอเลกตรอนเหลานเคลอนทไปมารอบๆ อะตอมของโลหะไดเสมอนวาอเลกตรอนเปนของอะตอมทกตว อเลกตรอนเหลานเคลอนทไดอยางอสระท าหนาทคลายซเมนตทชวยยดไอออนของโลหะใหอยในต าแหนงทคงท ดงภาพท 4.28 การทอเลกตรอนสามารถไหลไปมาในโลหะไดอยางอสระ ท าใหโลหะมสมบตเปนตวน าความรอนและไฟฟาทด

อเลกตรอน อะตอมโลหะ ทะเลอเลกตรอน

ภาพท 4.28 แบบจ าลองทะเลอเลกตรอนในพนธะโลหะ

114 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

พลงงาน

ทฤษฎแถบพลงงาน ทฤษฎแถบพลงงาน (energy band theory) อาศยพนฐานของทฤษฎออรบทลเชงโมเลกล

เนองจากอะตอมของโลหะอยใกลชดกนมากและอยอยางเปนระเบยบ การสมผสกนระหวางอะตอมหลายๆ อะตอมท าใหออรบทลเชงอะตอมของแตละอะตอมนนรวมกนเปนออรบทลเชงโมเลกลทมจ านวนเทาเดม และโลหะมจ านวนอะตอมมากมาย จ านวนออรบทลเชงโมเลกลจงมมากตามไปดวย ระดบพลงงานของออรบทลเชงโมเลกลอยใกลกนมากจงเกดการเชอมตอเนองขนเปนแถบ เรยกวาแถบพลงงาน (energy band) ดงภาพท 4.29

N 2 3 14 20 44

ภาพท 4.29 แสดงแถบพลงงานของโลหะ ตวอยางโลหะ Li ม 3 อเลกตรอน (1s2 2s1) จ านวนเวเลนซอเลกตรอน 1 อเลกตรอน ถา Li 2

อะตอมมารวมกนจะเกดออรบทลเชงโมเลกล 2 ออรบทล แตถา Li 1 ชนประกอบดวยอะตอม Li เปนจ านวนหลายลานอะตอม (Li 1 โมล มจ านวนอะตอมเทากบ 6.02x1023 อะตอม) เมอมอะตอมมากขนท าใหจ านวนออรบทลเชงโมเลกลมากขนตามไปดวย ระดบพลงงานในออรบทลเชงโมเลกลจะใกลชดกนมากขนจนเหมอนวาเปนแถบตอเนองกน ดงภาพท 4.30 สมมตวา Li 1020 อะตอมจะเกดออรบทลเชงโมเลกลจ านวน 1020 ออรบทลเปนแถบ

ภาพท 4.30 แสดงแถบพลงงานของโลหะลเทยม

จากภาพท 4.30 จะเหนวา แถบ-2s (2s-band) มอยเพยง 1 อเลกตรอนซงไมเตมออรบทล-2s

และแถบ-2p (2p-band) เปนออรบทลทวางเปลา และบางสวนซอนเหลอมกบแถบ 2s เนองจากอะตอมของ Li อยชดตดกนและมพลงงานใกลเคยงกน อเลกตรอนจงมทวางพอทจะเคลอนทไปมาได ดวยเหตน Li จงมสมบตน าไฟฟาและน าความรอนได

บรเวณตองหาม

พนธะเคม | 115

แถบทมเวเลนซอเลกตรอนครอบครองอย (แถบ-2s ในกรณ Li) เรยกวา แถบเวเลนซ (valence band) สวนแถบทไมมอเลกตรอนครอบครองอย (แถบ-2p ในกรณ Li) เรยกวาแถบการน า (conduction band) และเรยกชองวาง (gap) ระหวางแถบเวเลนซกบแถบการน าวา บรเวณตองหาม

ทฤษฎแถบพลงงานของโลหะอธบายสมบตการน าไฟฟาของสารตางๆ ได โดยแบงสารออกเปน 3 ชนด ตามลกษณะของแถบพลงงาน ดงภาพท 4.31

สารตวน า กงตวน า ฉนวน

ภาพท 4.31 ชองแถบพลงงานของสารตวน า กงตวน าและฉนวน

1) สารตวน า (conductor) เมออเลกตรอนไดรบพลงงานจากสนามไฟฟาจะสามารถเคลอนทไปอยในสวนทวางของออรบทลไดท าใหโลหะน าไฟฟาได

2) สารกงตวน า(semi-conductor) โดยทวไปแลวบรเวณตองหามระหวางแถบเวเลนซและแถบน าไฟฟามกจะไมกวางนก เมออเลกตรอนไดรบพลงงานทสงกวาบรเวณตองหาม อเลกตรอนจะสามารถเขามาอยในแถบน าไฟฟาได ดงนนจงสามารถน าไฟฟาได สารกงตวน ามกเปนตวน าทดเมออณหภมสงขน

3) ฉนวน (insulator) คลายๆ กบกรณของสารกงตวน าแตตางกนตรงบรเวณตองหามมความกวางมาก ดงนนอเลกตรอนไมสามารถเคลอนทไปอยในแถบตวน าไฟฟาได ไมวาจะใหพลงงานแกอเลกตรอนมากเพยงใด ดงนนจงเปนฉนวน 4.2 แรงยดเหนยวระหวางโมเลกล

แรงยดเหนยวระหวางโมเลกล (intermolecular force) เปนแรงยดเหนยวทเกดขนระหวางโมเลกลกบโมเลกล โดยจะเปนโมเลกลชนดเดยวกนหรอโมเลกลตางชนดกนกได แรงยดเหนยวประเภทนไดแก แรงแวนเดอรวาลส และพนธะไฮโดรเจน

4.2.1 แรงแวนเดอรวาลส

แรงแวนเดอรวาลส (Van der Waals forces) คอแรงดงดดแบบออนๆ เนองมาจากประจไฟฟาทมขนาดเลกๆ แรงแวนเดอรวาลสมคาพลงงานนอยมากเมอเปรยบเทยบกบพนธะไอออนก พนธะโคเวเลนซ และพนธะไฮโดรเจน ซงแรงแวนเดอรวาลสแบงออกเปน 3 ชนด คอ

1) แรงไดโพล-ไดโพล แรงไดโพล-ไดโพล (dipole-dipole interaction) หรอแรงดงดดระหวางขว (dipole-dipole

force) เปนแรงยดเหนยวทเกดจากการกระท าระหวางโมเลกลทมขวสองโมเลกลขนไป โมเลกลทมไดโพลโมเมนตแบบถาวรจะเอาดานทมประจตรงขามหนเขาหากนตามแรงดงดดทางประจไฟฟา ดงภาพท 4.32 ในโมเลกลโคเวเลนซทมขวแตไมเกดพนธะไฮโดรเจน ขวทตางกนจะเกดแรงดงดดกนไดอยางออนๆ เชน HCl, H2S, CO และ PH3 ภาพท 4.33 แสดงการเกดแรงไดโพล-ไดโพลของโมเลกล HCl และอะซโตน

116 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

ภาพท 4.32 แบบจ าลองการเกดแรงไดโพล-ไดโพล

(ก) (ข)

ภาพท 4.33 การเกดแรงไดโพล-ไดโพลของ (ก) HCl และ (ข) อะซโตน แรงไดโพล-ไดโพลมความส าคญในการจดเรยงตวของโมเลกลในผลกของแขง และในโมเลกลทอยใน

สถานะแกสและของเหลว เนองจากโมเลกลมการจดเรยงตวอยางไมเปนระเบยบ มการเคลอนทตลอดเวลาจงเปนผลใหแรงไดโพลมทงแบบผลก (repulsion) และดงดด (attraction) แตเมอรวมเวกเตอรแลว แรงลพธเปนผลใหเปนแรงดงดดอยางออนๆ

เมอเปรยบเทยบแรงไดโพล-ไดโพลกบแรงลอนดอน (London forces) โดยทโมเลกลมขนาดพอๆ กน พบวาแรงไดโพล-ไดโพลมความแขงแรงมากกวา ตวอยางระหวางโมเลกลอะซโตน (C2H6O) กบโมเลกลบวเทน (C4H10) ดงภาพท 4.34 โดยโมเลกลทงสองมขนาดใกลเคยงกน มมวลโมเลกลเทากน (58 g/mol) แตกลบพบวาจดเดอดของทงสองโมเลกลแตกตางกนมาก อะซโตนมจดเดอดเทากบ 56C สวนบวเทนมจดเดอดเทากบ -0.6C จดเดอดของอะซโตนทสงกวามาก เนองจากเกดแรงไดโพล-ไดโพล ทกระท าระหวางโมเลกล สวนโมเลกลบวเทนเกดแรงดงดดแบบลอนดอน

อะซโตน บวเทน

ภาพท 4.34 แสดงแรงไดโพล-ไดโพลของโมเลกลอะซโตน 2) แรงไดโพลอนดวซไดโพล (dipole-induced dipole)

แรง dipole-induced dipole เปนแรงยดเหนยวทเกดจากโมเลกลทมขวเหนยวน าใหโมเลกลทไมมขว เกดมขวขนชวคราว แลวโมเลกลดงกลาวจงมแรงกระท าตอกน แรงนจะมากหรอนอยขนอยกบความสามารถในการเกดมขว (polarizability) ของโมเลกลทถกเหนยวน า โดยทวไปอะตอมหรอโมเลกลทมขนาดใหญจะมความสามารถในการเกดมขวสงกวาอะตอมหรอโมเลกลทมขนาดเลก ตวอยางการเกดแรง dipole-induced dipole ระหวาง H2O กบ O2 ดงภาพท 4.35 โมเลกลของ H2O เปนโมเลกลทมขว

พนธะเคม | 117

เหนยวน าใหโมเลกล O2 ทไมมขวเกดขวขนชวคราว แลวจงเกดแรงดงดดระหวางโมเลกลทงสองดวยประจทตางกน

H2O O2

ภาพท 4.35 แรง dipole-induced dipole ระหวาง H2O กบ O2 3) แรงลอนดอน

แรงลอนดอน (London force) เปนแรงดงดดระหวางโมเลกลทไมมขวดวยกน เนองจากอเลกตรอนเคลอนทแบบไรทศทางท าใหบางครง อเลกตรอนมากระจกตวกนอยบรเวณเดยวกน ท าใหเกดประจลบบางสวน (ประจลบชวคราวทมคาประจนอยมาก เขยนแทนดวย -) เกดขน และท าใหบรเวณทไมมอเลกตรอนอยเกดประจบวกบางสวน (ประจบวกชวคราวทมคาประจนอยมาก เขยนแทนดวย +) ประจไฟฟาชวคราวทเกดขนจะเหนยวน าใหโมเลกลขางเคยงเกดแรงยดเหนยวกน ตวอยางโมเลกล I2 ดงภาพท 4.36 แรงลอนดอนแปรผนตามขนาดของโมเลกล เพราะโมเลกลทมขนาดใหญโอกาสทอเลกตรอนจะเคลอนทเสยสมดลจงมมาก ตวอยางโมเลกลทสามารถเกดแรงลอนดอน เชน F2, Cl2, Br2 และ CO2

ภาพท 4.36 แรงลอนดอนของโมเลกล I2

4.2.2 พนธะไฮโดรเจน

พนธะไฮโดรเจน (hydrogen bond) เกดขนไดอนเนองมาจากอะตอมไฮโดรเจนทมสภาพไฟฟาเปนบวกเลกนอย (partial positive charge) เนองจากเกดพนธะกบอะตอมของธาตทมคาสภาพไฟฟาลบ (EN) สงของโมเลกลหนง เกดแรงดงดดกบอะตอมของธาตทมคาสภาพไฟฟาลบสงของอกโมเลกลหนง โดยทวไปธาตทมคาสภาพไฟฟาลบสง เชน F (EN=4.0), O (EN=3.5) และ N (EN=3.0) มสภาพเปนลบบางสวน (partial negative charge)

การเกดพนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลของ H2O แสดงในภาพท 4.51 และโมเลกลเมทานอล (CH3OH) ดงในภาพท 4.52 อะตอม H มคา EN เทากบ 2.1 เมอเกดพนธะโคเวเลนซกบอะตอมของธาตทมคา EN สง ท าใหมสภาพเปนประจไฟฟาบวกเลกนอย (+) และธาตทเกดพนธะโคเวเลนซมสภาพเปนประจไฟฟาลบเลกนอย (-) ท าใหเกดสภาพไฟฟาบวกเลกนอยทอะตอม H และสภาพไฟฟาลบเลกนอยทอะตอมทมคา EN สง เมอโมเลกลเหลานมาอยในต าแหนงทใกลกนจะเกดแรงดงดดระหวางขวไฟฟาออนๆ เกดขนระหวางโมเลกล โดยการเกดพนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกล H2O ดงภาพท 4.37 และโมเลกลเมทานอล (CH3OH) ดงภาพท 4.38

118 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

ภาพท 4.37 การเกดพนธะไฮโดรเจนของโมเลกลน า

ภาพท 4.38 การเกดพนธะไฮโดรเจนของโมเลกลเมทานอล

สมบตจดเดอดของสารทเกดพนธะไฮโดรเจน

โมเลกลโคเวเลนซทเกดพนธะไฮโดรเจนไดจะมจดเดอดสงกวาทโมเลกลทไมเกดพนธะไฮโดรเจน ภาพท 4.39 แสดงความสมพนธระหวางจดเดอดกบโมเลกลสารประกอบไฮโดรเจนในแตละหม (ตามแนวนอน) และแตละคาบ (ตามแนวตง) จากรปจะเหนวาจดเดอดของโมเลกลทไมมขวจาก CH4 ถง SnH4 (เสนลางสด) จะเพมขนเมอหมายเลขคาบทเพมขน (C, Si, Ge และ Sn เปนธาตทอยหม 4A เชนเดยวกน) เมอพจารณาสารประกอบไฮโดรเจนของหม 6A (เสนบนสด) จะเหนวาโครงสรางโมเลกลเกดเหมอนกนคอ H2O, H2S, H2Se และ H2Te แตในโมเลกลของ H2O เกดพนธะไฮโดรเจนได สวน H2S, H2Se และ H2Te ไมเกดพนธะไฮโดรเจน จดเดอดของ H2O จงสงกวามาก เนองจากพนธะไฮโดรเจนสงผลใหโมเลกลแขงแรงขน

คาบ

ภาพท 4.39 ผลของพนธะไฮโดรเจนทมตอจดเดอดของสาร ทมา: Silberberg. Chemistry. 2013. p433

จดเดอด

(C)

- -

+ + + + -

พนธะไฮโดรเจน พนธะโคเวเลนซ + +

- + + พนธะไฮโดรเจน - พนธะโคเวเลนซ + + พนธะไฮโดรเจน

พนธะเคม | 119

แบบฝกหด 1. จงอธบายการเกดพนธะไอออนกระหวาง Na กบ F 2. จงอธบายกฎออกเตต 3. จงเขยนวฏจกรของบอรน-ฮารเบอร ของการเกด MgO และค านวณพลงงานแลตทซ โดยใชขอมลท

ก าหนดใหตอไปน ขนตอน H (kJ/mol) Mg(s) + O2(g) MgO(s) - 602 Mg(s) Mg(g) +148 Mg(g) Mg+(g) + e- +738 Mg+(g) Mg2+(g) + e- +1,451 O2(g) 2O(g) +498 O(g) + e- O-(g) -141 O-(g) + e- O2

-(g) +798 4. จงอธบายพลงแลตทซของการเกดผลกไอออนก 5. จงเขยนสตรสารประกอบไอออนกทเกดจากการรวมตวระหวางไอออนบวกกบไอออนลบตอไปน

ไอออนลบ ไอออนบวก

F- S2- NO3- SO4

2- PO43-

Na+ Ba2+ Al3+ Cu2+ NH4

+ 6. จงเขยนสตรและอานชอสารประกอบไอออนกทเกดจากการรวมตวระหวางธาตตอไปน

ธาตองคประกอบ สตรสารประกอบไอออนก ชอสารประกอบไอออนก K กบ Cl Ca กบ I Al กบ H Pb กบ O Li กบ H

7. จงเรยกชอสารประกอบตอไปน 1) NH4CN 2) Na2HPO4 3) Al(OH)3 4) Fe2O3

8. จงอธบายการเกดพนธะโคเวเลนซระหวาง C กบ Cl

120 | เคมส ำหรบวศวกร (02-411-103)

9. จงอธบายการเกดพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ ยกตวอยาง 10. จงเขยนสตรโครงสรางลวอสของโมเลกลตอไปน

1) NF3 2) SO2 3) CO2 4) HCN 5) H2SO4

11. จงอธบายสภาพขวพนธะของโมเลกลโคเวเลนซ พรอมยกตวอยาง 12. จงอธบายความมขวของโมเลกลโคเวเลนซ พรอมยกตวอยาง 13. จงจ าแนกโมเลกลตอไปน วาโมเลกลใดเปนโมเลกลทมขวและโมเลกลไมมขว กรณโมเลกลทมขวให

ระบทศทางของขว CO BCl3 CF4 H2S XeF2 PCl5 GeH4 SF4 14. รปรางโมเลกล XeF2 เปนเสนตรง แต OF2 ไมเปนเสนตรง จงอธบายเหตผล 15. จงอธบายแบบจ าลองทะเลอเลกตรอนในการเกดพนธะโลหะ 16. จงอธบายสมบตการน าไฟฟาของโลหะโดยอาศยทฤษฎแถบพลงงาน 17. จงอธบายชนดแรงแวนเดอรวาลส 18. จงอธบายการเกดพนธะพนธะไฮโดรเจน 19. จงอธบายพนธะไฮโดรเจน มผลตอสมบตกายภาพของน าอยางไร